Forschungsmethoden der Biopsychologie

Inhaltsverzeichnis

1. Die Biopsychologie – Eine Einführung
1.1. Vorstellung der biopsychologischen Methoden
1.2. Teilgebiete der Biopsychologie und konvergierende Forschung
1.2.1. Physiologische Psychologie
1.2.2. Psychopharmakologie
1.2.3. Neuropsychologie
1.2.4. Psychophysiologie
1.2.5. Kognitive Neurowissenschaft
1.2.6. Vergleichende Psychologie

2. Bildgebende Verfahren – Die Abbildung des lebenden menschlichen Gehirns
2.1. Röntgenaufnahmen – Grundlegende Basis und Begrenztheit der Methode
2.2. Computertomographie
2.3. Kernspintomographie
2.4. Positronen-Emissions-Tomographie
2.5. Funktionelle Kernspintomographie

3. Nichtinvasive Messung psychophysiologischer Aktivität
3.1. Elektroncephalographie
3.1.1. Entstehung/ Geschichte
3.1.2. Funktionsweise des EEG
3.1.3. Wellenformen des EEG
3.1.4. Das ereigniskorrelierende Potential
3.1.5. Wozu dient das EEG?
3.2. Elektromyographie
3.2.1. Das Nadel EMG
3.2.2. Das Oberflächen EMG
3.2.3. Nutzen der Elektromyographie

4. Elektroocculographie/ Videoocculographie

5. Elektrodermale Aktivität

6. Kardiovaskuläre Aktivität

7. Tierversuche – der wissenschaftliche Betrug
7.1. Tierversuche – ein Resümee

8. Fazit

1. Die Biopsycholgie – Einleitung und Definition

Die Biopsychologie ist ein Teilgebiet der Neurowissenschaften. Sie untersucht Zusammenhänge zwischen biologischen Prozessen und Verhalten. Als interdisziplinäres Forschungsfeld stellt sie den biologischen Ansatz im Rahmen der psychologischen Forschung dar. Dabei bleibt festzuhalten, dass die Psychologie ihren zentralen Stellenwert behält. Gleichzeitig bedienen sich die Wissenschaftler dabei jedoch bei den biologischen Erklärungsansätzen für das Verhalten.

Die Aufgabe der Biopsychologie ist also die Untersuchung und Darstellung der Interdependenzen physiologischer und psychologischer Abläufe unter psychologischen Gesichtspunkten. Dazu werden experimentelle und klinische Methoden sowie Instrumente angewendet.

Die Biopsychologie ist eine sehr junge Forschungsdisziplin. Ihre Entstehung lässt sich nicht genau datieren, jedoch hat die Veröffentlichung des Buches „Organization of Behavior“ von D. O. Hebb im Jahre 1949 eine wichtige Rolle gespielt (vgl. Pinel 2001: 3). Darin wird erstmals eine umfassende Theorie entwickelt, wie komplexe psychologische Phänomene, wie zum Beispiel Gefühle und Erinnerungen, durch Gehirnaktivitäten hervorgerufen werden können. Als geradezu revolutionär wurde damals empfunden, dass psychologische Funktionen offenbar doch mit der Physiologie und Chemie des Gehirns erklärt werden können.

Abschließend bleibt festzuhalten, dass die Entwicklung der Biopsychologie noch in den Kinderschuhen steckt. Gleichzeitig entwickelt sie sich jedoch rasant weiter und macht immer wieder neue, wichtige Entdeckungen. Dabei ist die Biopsychologie eng an die Entwicklung neuer Forschungsmethoden gebunden (vgl. Birbaumer/ Schmidt: 1996: 4). Diese Forschungsmethoden sollen in den folgenden Kapiteln ausführlich gewürdigt und diskutiert werden.

1.1. Vorstellung der biopsychologischen Methoden

Die Forschungsmethoden der Biopsychologie umfassen bildgebende Verfahren, psychophysiologische Messungen an der Körperoberfläche, invasive Methoden und Verhaltensstudien, wie zum Beispiel neuropsychologische Untersuchungen. In der vorliegenden Arbeit soll insbesondere auf die zwei erstgenannten Methoden eingegangen werden. Sie tangieren den Inhalt des zugrunde liegenden Seminars „Einführung in die Traum- und Schlafforschung“ am ehesten. Die anderen Forschungsmethoden werden ebenfalls angeführt. Um den Umfang der vorliegenden Hausarbeit nicht zu sprengen, können sie jedoch nur angerissen werden.

Bevor die Methoden im Einzelnen vorgestellt und erläutert werden, soll ein Überblick über die verschiedenen Teilgebiete der Biopsychologie einen Eindruck vermitteln, wie umfangreich und vielfältig diese Forschungsdisziplin ist. Gleichzeitig dient er der besseren Einordnung der im Anschluss vorgestellten Methoden und Verfahren.

1.2. Teilgebiete der Biopsychologie und konvergierende Forschung

Innerhalb der Biopsychologie werden verschiedenste Forschungsansätze und Methoden verwendet. Einige haben sich sogar so stark etabliert, dass sie sich zu eigenständigen Teilgebieten entwickelt haben. Aufgrund ihres Forschungsgegenstandes und der verwendeten Methoden lassen sie sich voneinander abgrenzen. Insgesamt gibt es sechs verschiedene Teilgebiete, die sich alle mit der Biopsychologie des Verhaltens beschäftigen, aber stets verschieden an die Thematik herangehen (vgl. Pinel 2001: 9 ff.).

Da keiner der folgenden Forschungsansätze alle Aspekte berücksichtigen kann, ist gerade in der Biopsychologie die konvergierende Forschung enorm wichtig. Nur selten kann ein einziges Element ein Problem alleine lösen. Daher beschäftigen sich häufig die verschiedenen Teilgebiete der Biopsychologie mit ein und derselben Fragestellung, so dass die Stärken eines Ansatzes die Schwächen eines anderen ausgleichen können.

1.2.1. Physiologische Psychologie

Die Physiologische Psychologie untersucht die Beziehungen zwischen Gehirnprozessen und Verhalten. Dabei werden in der Regel die biologischen Vorgänge und neuronalen Strukturen mit Hilfe von direkter Reizung untersucht. Das Nervensystem wird dabei durch chirurgische oder elektrische Eingriffe beeinflusst. Um das menschliche Verhalten zu verstehen und damit auch Störungen und Erkrankungen heilen oder verhindern zu können, ist die physiologische Psychologie bei ihren Experimenten auf Tierversuche angewiesen. Eingriffe in das intakte Nervensystem des Menschen sind in der Regel nicht möglich und verbieten sich zudem durch ethische Werte und Grundsätze.

1.2.2. Psychopharmakologie

Die Psychopharmakologie ist der Physiologischen Psychologie sehr ähnlich. Allerdings wird bei ihr die neuronale Aktivität mit Hilfe von psychoaktiven Substanzen manipuliert. Dies können Psychopharmaka oder Drogen sein. Für einige Autoren (vgl. Birbaumer/ Schmidt 1997: 4) gehören die pharmakologischen Forschungsansätze mit zur Physiologischen Psychologie. Gerade in der neueren Literatur wird jedoch darauf hingewiesen, dass sich speziell in den letzten Jahren die Erforschung der Wirkung von Psychopharmaka als Spezialgebiet entwickelt hat, so dass die Psychopharmakologie als eigenständiges Teilgebiet der Biopsychologie anerkannt wird (vgl. Pinel 2001: 9).

1.2.3. Neuropsychologie

Die Neuropsychologie gilt als der Teilbereich der Biopsychologie, welcher am stärksten anwendungsorientiert ist und stets das Wohl des Patienten im Sinn hat. Sie untersucht die Einflüsse von Hirnschäden auf das menschliche Verhalten. Da aus ethischen Gründen keinem Patienten künstlich ein Hirnschaden zugefügt werden kann, untersuchen Neuropsychologen Patienten mit Hirnschädigungen, die sie sich durch Unfälle oder Krankheiten zugezogen haben. Die Neuropsychologie konzentriert sich dabei auf die oberste Schicht der Großhirnemisphäre, die Neocortex. Sie ist durch chirurgische Eingriffe am leichtesten zugänglich. Außerdem betreffen Verletzungen in diesem Bereich die höheren intellektuellen Prozesse wie Denken, Aufmerksamkeit und komplexe Wahrnehmungsprozesse.

1.2.4. Psychophysiologie

Forschungsgegenstand der Psychophysiologie ist der Zusammenhang zwischen menschlichem Verhalten und physiologischen Prozessen. Versuchsobjekt ist in der Regel der Mensch. Deshalb arbeitet die Psychophysiologie mit nichtinvasiven Ableitungsmethoden, wobei physiologische Signale auf der Körperoberfläche gemessen werden. Die Gehirnaktivität wird in der Regel durch das Elektroenzephalogramm gemessen, welches im Rahmen dieser Hausarbeit noch ausführlich dargestellt wird.

1.2.5. Kognitive Neurowissenschaft

Die Kognitive Neurowissenschaft untersucht die neuronalen Grundlagen der Kognition. Darunter werden ganz allgemein die höheren intellektuellen Prozesse verstanden. Da kognitive Prozesse überwiegend bei Menschen untersucht werden, verzichtet auch die Kognitive Neurowissenschaft auf direkte Manipulationen am Gehirn. Stattdessen führen Wissenschaftler auch hier nichtinvasive Ableitungsmethoden durch. Im Mittelpunkt dieser jüngsten Teildisziplin der Biopsychologie steht der Zugang zur Aktivität des lebenden Gehirns. Dazu werden bildgebende Verfahren verwendet, die in Kapitel 2 aufgeführt und erläutert werden.

1.2.6. Vergleichende Psychologie

In der Vergleichenden Psychologie beschäftigen sich Wissenschaftler nicht nur speziell mit neuronalen Mechanismen des Verhaltens, sondern mit der Verhaltensbiologie im Allgemeinen. Bei der Beobachtung des Verhaltens verschiedener Arten konzentrieren sich vergleichende Psychologen auf genetische, evolutionsbiologische und adaptive Grundlagen des Verhaltens. Die rasanten Fortschritte in der Gentechnik haben das Teilgebiet der Vergleichenden Psychologie weiter beflügelt. Durch sie ist die Verhaltensgenetik entstanden, welche die genetischen Grundlagen des Verhaltens und anderer psychologischer Prozesse erforscht.

2. Bildgebende Verfahren – Die Abbildung des lebenden menschlichen Gehirns

Wie im Kapitel 1.2.5. erläutert, gehören die bildgebenden Verfahren zum biopsychologischen Teilgebiet „Kognitive Neurowissenschaft“. Im folgenden Abschnitt wird die Entwicklung von den ersten Röntgenstrahlen bis hin zur funktionellen Kernspintomographie beschrieben. Es wird auf die Vor- und Nachteile der jeweiligen Methoden eingegangen. Außerdem weist die vorliegende Arbeit auf mögliche gesundheitliche Gefährdungen hin, die durch die Anwendung der verschiedenen bildgebenden Verfahren entstehen können.

2.1. Röntgenaufnahmen – grundlegende Basis und Begrenztheit der Methode

1895 entdeckte Wilhelm Conrad Röntgen eine Strahlung mit der es erstmals möglich war, in das Innere eines Menschen zu sehen. Die später nach ihm benannten Röntgenstrahlen (X-rays) sind Teil des Elektromagnetischen Spektrums. Sie besitzen eine sehr kurze Wellenlänge, so dass sie erstmalig Materialen durchdringen konnten, die für Licht undurchlässig sind. Mit dieser bahnbrechenden Entdeckung legte Röntgen den Grundstein für die moderne medizinische Radiologie und Röntgentherapie (vgl. Sutton 1994: 2). 1901 erhielt Röntgen den 1. Physik-Nobelpreis. Neuere Verfahren wie die Computer- und die Kernspintomographie sind Weiterntwicklungen dieser Technik und wären ohne die Entdeckung der Röntgenstrahlen undenkbar. Gleichzeitig war es bis zu diesen bildgebenden Verfahren noch ein weiter Weg.

Mehrere Jahrzehnte war es nicht möglich, das lebende menschliche Gehirn bildlich darzustellen. Aus Sicht der biopsychologischen Forschung waren konventionelle Röntgenaufnahmen nutzlos. Sie durchdringen ein Objekt, werden von verschiedenen Strukturen unterschiedlich stark absorbiert, und die nicht absorbierte Strahlung landet schließlich auf einer Platte hinter dem Objekt und wird wie eine normale Photoaufnahme entwickelt. Knochenstrukturen lassen sich so beispielsweise gut darstellen, verschiedene Strukturen des Gehirns dagegen nicht. Wenn Röntgenstrahlen die zahlreichen überlappenden Gehirnstrukturen durchdringen wird das Bild viel zu kontrastarm und die einzelnen Strukturen sind kaum erkennbar, so dass sich ihr Absorptionsvermögen kaum unterscheidet. Dies lähmte die biopsychologische Forschung bis Anfang der siebziger Jahre (vgl. Pinel 2001: 112 ff.).

Durch Röntgenkontrasttechniken versuchten Forscher Abhilfe zu schaffen. Bei der so genannten Pneumenzephalographie wird ein Teil der Zerebrospinalflüssigkeit kurzfristig durch Luft ersetzt, da Luft Röntgenstrahlung weit weniger absorbiert. Bei der Angiographie dagegen wird das zerebrale Gefäßsystem visualisiert, indem durch eine Hirnarterie ein Kontrastmittel eingeführt wird. Injiziert wurde zu Beginn der Angiographie in den zwanziger Jahren eine siebzigprozentige Lösung Strontiumbromid und später eine fünfundzwanzige Lösung Natriumjodid, welches sich in langwierigen Tierversuchen als am verträglichsten erwiesen hatte (vgl. Thron in Peters/ Zeitler 1991: 98). Durch die Röntgenkontrastmittel werden Blutgefäße sichtbar gemacht. So kann unter anderem eine Verschiebung der Blutgefäße oder auch ein Tumor sichtbar gemacht werden.

Bei solchen Untersuchungen besteht für den Patienten ein gesundheitliches Risiko. „Das ideale Röntgenkontrastmittel sollte keine Nebenwirkungen hervorrufen und der Patient sollte nicht merken, dass eine Injektion verabreicht wurde. Kein bisher entwickeltes Kontrastmittel hat dieses Ziel bisher erreicht“ (Graininger in Dawson/ Clauß 1993: 115). Die Folgen können von Juckreiz, Übelkeit, Erbrechen und Angstgefühlen des Patienten über Schock bis hin zu Herz-Kreislaufversagen, tiefes Koma und Tod sein (vgl. Graininger in Dawson/ Clauß 1993: 115). In der Literatur herrscht Uneinigkeit darüber, ob die zum Teil schweren Nebenwirkungen eher auf die Untersuchungstechnik oder die toxischen Nebenwirkungen der Röntgenkontrastmittel zurückzuführen sind (vgl. Skalpe in Dawson/ Clauß 1993: S. 128). Fest steht, dass positive Röntgenkontrastmittel wie Barium oder Jod immer ein gewisses Risiko für den Patienten beinhalten (vgl. Clauß in Dawson/ Claus 1993: 77 ff. und Thron in Peters/ Zeitler 1991: 99 ff.). Auf die weiteren Gefahren der Röntgenkontrastmittel im Zusammenhang mit anderen bildgebenden Verfahren wird im weiteren Verlauf dieser Arbeit ebenfalls noch eingegangen.

Abschließend bleibt festzuhalten, dass sowohl die Angiographie als auch die Pneumenzephalographie im Sinne der biopsychologischen Forschung kaum noch genutzt werden. Die konventionelle Röntgenphotographie, mit der beide Methoden ja arbeiten, ist für die Darstellung des Gehirns ungeeignet (vgl. Pinel 2001: 113). Zwar wurde durch Röntgenkontrastmittel das zerebrale Gefäßsystem sichtbar, die verschiedenen Strukturen des Gehirns geschweige denn eine dreidimensionale Darstellung waren jedoch nicht realisierbar.

2.2. Computertomographie

Revolutioniert wurde die Forschung Anfang der siebziger Jahre durch die Einführung der Computertomographie (CT). Dabei handelt es sich um ein spezielles Abbildungsverfahren mit Röntgenstrahlen, welches sich jedoch von der konventionellen Röntgendiagnostik stark unterscheidet. Bei der Computertomographie wird der Patient mit einem dünnen Röntgenstrahl oder einem Strahlenbündel durchstrahlt. Dabei umkreisen Röntgenröhre und Detektor den Patienten um 360 Grad, während dieser im Innenraum des Tomographen liegt.

Abb.1.: CT-Röhre

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: http://www.m-ww.de/enzyklopaedie/diagnosen_therapien/computertomographie.html

Abb. 2: CT-Bild eines Gehirns mit einem Tumor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.2: http://kb-bmts.rz.tu-ilmenau.de/TestBilder/Medizin/CT.html

Die Strahlungsschwächung wird in jeder Position von den gegenüberliegenden Detektoren gemessen. Aus sämtlichen gemessenen Werten errechnet der Computer anschließend die Gewebedichteverteilung in der Schnittebene. Daraus entsteht schließlich das CT-Schnittbild, auch CT-Scan oder Tomogramm genannt. Durch dieses radiologische Schnittbildverfahren war es erstmals möglich, überlagerungsfreie Querschnittsbilder des menschlichen Gehirns darzustellen. Kombiniert man dieses miteinander, so wird eine dreidimensionale Darstellung des Gehirns möglich. Dementsprechend erlebte die Biopsychologie in den siebziger Jahren einen wahren Boom, da nun endlich die verschiedenen Strukturen des lebenden Gehirns sichtbar gemacht werden konnten.

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